L'équipe de thermométrie a la responsabilité
de la mise en place des références nationales de températures
comprises entre quelques mK et 2900 °C. Couvrir un domaine aussi
large nécessite de faire appel à des techniques très
diverses; l'équipe comprend trois groupes qui travaillent respectivement
en basses températures, températures moyennes et pyrométrie
optique.
Thèmes d'étude et de recherche:
Les études et recherches en cours dans les
laboratoires de thermométrie du CNAM-INM ont fait l'objet soit
-
d'une selection par le conseil scientifique du
Bureau national de métrologie, en fonction de l'intérêt
qu'elles peuvent offrir dans le monde industriel.
-
d'une convention de recherche internationale financée
par la communauté européenne
L'échelle internationale de température : EIT90
-
La thermométrie en dessous de 1 K
La limite actuelle de l'EIT 90 est de 0,65 K. Une volonté internationale
a conduit ces dernières années les laboratoires nationaux
de métrologie à entreprendre des études pour
étendre l'Echelle de 1990 vers des températures plus
basses. L'Echelle EPBT (Echelle provisoire des basses températures
T2000) qui couvre le domaine de 0,9mK à 1K,donne la relation
analytique reliant la température à la pression
le long de la courbe de fusion de l'hélium-3. Le CNAM-INM
a d'abord mis en place un thermomètre à second
son (SST) puis le thermomètre
à pression de fusion de l'hélium-3 (MTC) et a entrepris
la caractérisation métrologique de ce dernier afin
d'asseoir les incertitude de T2000.
-
Les références de température
de 2,17 K à 273 K
La comparaison des références de température
de cette gamme se font principalement par le biais de thermomètres
étalonnés. Or une partie importante de l'incertitude
est due au défaut de reproductibilité de ces thermomètres.
Alors comparer non pas les thermomètres mais les cellules qui
ont servi à étalonner ces mêmes thermomètres
devient un sujet d'étude intéressant. Encore faut-il
que les laboratoires possèdent des cellules transportables
et adaptables à tous les calorimètres existants.
Le projet MULTICELLS cofinancé par la communauté européenne
a pour but de réaliser : un système thermométrique
assez compact pour être associé à tout type de
calorimètre - permettant de contenir le plus grand nombre de
point fixes dans un même dispositif modulable - doté
de caractéristiques thermiques nécessaires à
une utilisation dans un calorimètre réel - et suffisamment
robuste pour être aisément transportable.
Dans ce projet international le BNM-INM a été chargé
de la conception et de la réalisation de cette nouvelle génération
de cellules à multicompartiments. Actuellement le travail de
caractérisation et de comparaison inter laboratoire est en
cours.
-
L'amplificateur de température : une application
des caloducs régulés en pression en métrologie
des températures.
Les étalonnages par comparaisons réalisés au-delà
de 800 °C sont très affectés par les instabilités
et le manque de fiabilité des capteurs de référence
utilisables à ces températures. Pour répondre
à cette difficulté, le BNM-INM a entrepris l'étude
d'un dispositif permettant un étalonnage par comparaison originale
pour lequel le capteur à étalonner et le capteur de
référence ne sont pas portés à la même
température. Cet instrument repose sur l'utilisation d'un ensemble
de fours à caloduc au Sodium, au Potassium et au Dodécane
reliés au même système de régulation en
pression. Chaque caloduc a été caractérisé
thermiquement et les conditions optimales de fonctionnement recherchées
lors d'études préalables menées au BNM-INM. En
2002, les trois caloducs ont été mis en œuvre simultanément
afin de réaliser un "amplificateur de température".
Une première étude du comportement global du dispositif
a été effectuée à l'aide de six thermomètres
à résistance de platine préalablement étalonnés
dans les points fixes du BNM-INM. Les températures générées
par l'amplificateur présentent un très grande stabilité
(± 5 mK vers 950 °C) et la faisabilité de la méthode
est avérée. Pour pouvoir accéder aux incertitudes
ultimes espérées, des améliorations restent à
apporter en particulier au niveau des conditions de chauffe.
-
Etude des références pour les hautes
températures
Actuellement, la réalisation de l'échelle internationale
de température au-dessus du point du cuivre (1084 °C) est
obtenue par extrapolation en utilisant la loi du rayonnement du corps
noir de Planck. Cette extrapolation induit une augmentation importante
de l'incertitude (proportionnellement au carré du rapport des
températures) et s'accompagne de composantes d'incertitude
relatives au changement éventuel de domaine spectral et à
la non-linéarité du moyen de comparaison (pyromètre).
C'est pour cela que la nécessité de disposer de références
à haute température (>1500 °C) s'est imposée
à la communauté des pyrométristes et une voie
prometteuse s'est dessinée dans l'application de points eutectiques
métal-carbone. Ces points sont à l'étude au
BNM-INM qui dès la fin 1999 avait engagé une collaboration à
l'échelle européenne (projet Euromet 550 puis projet
européen HIMERT) pour étudier les potentialités
métrologiques réelles de ces points sur un large
domaine allant de 1150 °C à 2900 °C.
L'accent est mis au cours de cette année 2001 sur la construction
et le remplissage d'un ensemble de cellules ainsi que la préparation
des moyens de chauffage et de mesure pour couvrir un domaine, jusqu'ici
inexploré au BNM-INM, atteignant 3000 °C. Dans le cadre
du projet européen HIMERT, une validation de ces points eutectiques
pour une utilisation dans le domaine de la pyrométrie et de
la thermométrie par contact est attendue dans les trois prochaines
années.
-
Détermination de la température thermodynamique
par pyrométrie optique
Les travaux menés au CNAM-INM, en marge de la mise en oeuvre
de l'échelle internationale de température, pour la
détermination de la température thermodynamique par
pyrométrie optique, associent les moyens de références
en radiométrie (radiomètre cryogénique)
et en pyrométrie (comparateur de luminance et points
fixes). Le principe de cette étude est de réaliser
une traçabilité
entre une sphère intégratrice rayonnante et le radiomètre
cryogénique. Cette sphère (associée à
un dispositif de définition de l'étendue géométrique),
caractérisée préalablement en terme de monochromaticité
et de distribution spatiale de flux, permet ensuite de déterminer,
via le comparateur de luminance, la densité spectrale de
luminance absolue issue d'un corps noir point fixe.
Les premières caractérisations de la sphère étalon
de luminance et du comparateur de luminances permettent d'espérer
une incertitude de détermination de la température thermodynamique
de l'ordre du dixième de degré.
Cette méthode de mesure pourra s'appliquer également
aux points eutectiques pour leur affecter une température indépendemment
de l'échelle internationale de température.
Prestations de raccordement aux références
nationales:
En sa qualité de LNM (laboratoire national
de métrologie) , le CNAM-INM est en mesure d'effectuer des
raccordements aux références nationales.
Les laboratoires concernés par ces raccordements sont : les autres
LMN ne possédant pas leur propre réalisation des références,
les laboratoires du GIP BNM, et des laboratoires accrédités
pour lesquels la necessité d'un raccordement direct aux étalons
nationaux est avéré.
Les laboratoires d'étalonnage et les industriels doivent s'adresser
à des laboratoires accrédités dont la liste peut
leur être fourni par le COFRAC
Les possibilités de raccordement sont enumérées
succintement ici
- étalonnage de themomètre
- étalonnage de cellule point fixe
- étalonnage de pyromètre
- étalonnage de lampe pyrométrique
Collaborations internationales:
L'équipe "Thermométrie" du CNAM-INM est impliquée
dans plusieurs collaborations internationales en tant que participant
ou laboratoire pilote.
- Key Comparaison CCT-K2 "Intercomparison of natinal temperature
scales en the 14K - 273K range"
- Key Comparaison CCT-K3 "Intercomparison of natinal temperature
scales en the 83K - 660°C range"
- Key Comparaison CCT-K4 "Intercomparison of natinal realisation
of aluminium and silver fixed points"
- Key Comparaison CCT-K5 "Intercomparison of natinal temperature
scales in the 962°C - 1700°C range" Rapport en cours de
publication
- Key Comparaison CCT-K7 "Comparison of water triple point cells"
- Pilotage du projet EUROMET 279 "Multicompartment cells for triple
point in the cryogenic range "
- Pilotage du projet EUROMET 502 "Intercomparison of argon triple
point cells "
- Pilotage du projet EUROMET 549 "Intercomparison of water triple
point cells "
- Participation au projet EUROMET 391 "Intercomparison of indium
fixed point cells "
- Pilotage du projet EUROMET 552 "Comparison of the realization
of ITS 90 over the range 83K-420°C "
- Pilotage du projet EUROMET 550 "etude et realisation de points
fixes à base d'eutectique métal-carbone pour applications
en pyrométrie optique "
- Participation au projet TRIRAT " Traceability in infrared radiation
thermometry" Rapport en cours de publication
- Participation au projet ULT " European ultra low temperature
scale and traceability" Rapport en cours de publication
- Participation au projet ULT DISSEMINATION "Dissemination of the
european ultra low temperature scale "
- Participation au projet MULTICELLS " Improvement of european
traceability in temperature measurements below 0°C using permanently-sealed
transporble multicell standards "
- Participation au projet HIMERT " Novel High temperature Metal-Carbon
Eutectic fixed points for radiation thermometry, Radiometry and Thermocouples
"
- Organisation de séminaire : "Euromet, CCT-WG3 & WG5
Workshop on Uncertainties
in Radiation Thermometry".
Contacts:
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